[发明专利]一种用于锂硫电池的含氮粘结剂及其制备方法

摘要

本发明涉及一种用于锂硫电池的含氮粘结剂及其制备方法，该粘结剂是具有三维网络结构的含氮型环糊精聚合物水性粘结剂。三维网络结构的存在能很好地承受锂硫电池在充放电过程因体积变化带来的机械压力，引入的含氮官能团可有效地抑制多硫离子在电解质中溶解及穿梭效应的问题，环糊精中有大量的羟基存在，与正极材料颗粒间有较强的氢键作用，可较好地维持极片的稳定性，此外，此粘结剂还具有增加导离子的作用。因此此粘结剂可有效解决锂硫电池中正极多硫材料组织结构不稳定的问题，提高复合材料活性物的利用率以及活性物的倍率性能，从而提高电池的比功率、比能量和循环性。

主权项

一种用于锂硫电池的含氮粘结剂及其制备方法，其特征是该粘结剂是具有三维网络结构的含氮环糊精聚合物水性粘结剂，粘结剂的分子量为1000～100000000；粘结剂制备方法为以下三种：方法一：将环糊精单体或环糊精衍生物与交联剂按摩尔比1∶1～100在含有1～99wt％催化剂的溶剂中0℃～200℃聚合1～100h，得到非含氮环糊精聚合物，再与含氮化合物反应得到含氮环糊精聚合物中。所用的环糊精单体或环糊精衍生物为α‑环糊精、β‑环糊精、γ‑环糊精、支链环糊精、甲基化环糊精、羟乙基环糊精、羟丙基环糊精、乙基环糊精、乙酰基环糊精或低分子量β‑CD聚合物；聚合反应使用的催化剂为碱金属碳酸盐、碱土金属的碳酸盐、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄、Na₃PO₄、Na₂S₂O₃中的一种以上，质量百分浓度为1～99％；聚合反应使用的交联剂为环氧丙烷、环氧氯丙烷、聚乙二醇、柠檬酸、丁烷四羧酸或聚丙烯酸；聚合反应溶剂为水、醇、酯、酮、N，N，‑二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈中的一种以上；含氮化合物为含有官能团‑NR₂、‑CR＝N‑、‑N＝N‑、和氮杂环的化合物，其中R为H、烷基、烯基或芳香基；方法二：将含氮的环糊精与交联剂按摩尔比1∶1～100在含有1～99wt％催化剂的溶剂中0℃～200℃聚合1～100h，得到含氮环糊精聚合物；聚合反应使用的交联剂为环氧丙烷、环氧氯丙烷、聚乙二醇、柠檬酸、丁烷四羧酸或聚丙烯酸；聚合反应使用的催化剂为碱金属碳酸盐、碱土金属的碳酸盐、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄、Na₃PO₄、Na₂S₂O₃中的一种以上，质量百分浓度为1～99％；聚合反应溶剂为水、醇、酯、酮、N，N’‑二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈中的一种以上；含氮的环糊精为含有官能团‑NR₂、‑CR＝N‑、‑N＝N‑、和氮杂环的环糊精衍生物，其中R为H、烷基、烯基或芳香基；方法三：将环糊精单体或环糊精衍生物直接与含氮交联剂按摩尔比1∶1～100，在在含有1～99wt％催化剂的溶剂中0～200℃聚合1～100h得到含氮环糊精聚合物；含氮交联剂为1，6‑二异氰酸乙酯、三聚氰胺或双丙烯酰亚胺；所用的环糊精单体或环糊精衍生物为α‑环糊精、β‑环糊精、γ‑环糊精、支链环糊精、甲基化环糊精、羟乙基环糊精、羟丙基环糊精、乙基环糊精、乙酰基环糊精或低分子量β‑CD聚合物；聚合反应使用的催化剂为碱金属碳酸盐、碱土金属的碳酸盐、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄、Na₃PO₄、Na₂S₂O₃中的一种以上，质量百分浓度为1～99％；聚合反应溶剂为水、醇、酯、酮、N，N’‑二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈中的一种以上。